DE10146779A1

DE10146779A1 - Elektromechanische Bremse

Info

Publication number: DE10146779A1
Application number: DE10146779A
Authority: DE
Inventors: Frank Schumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-22
Filing date: 2001-09-22
Publication date: 2003-04-17
Also published as: DE50212681D1; EP1430235B1; EP1430235A1; WO2003027528A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Scheibenbremse (10) mit einem Bremssattel (12), in dem beiderseits einer Bremsscheibe (16) Reibbremsbeläge (14) einliegen, die mittels eines Elektromotors (36) über ein Planetengetriebe (48) als Untersetzungsgetriebe und einen Kugelgewindetrieb (18) als Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe an eine Bremsscheibe (16) andrückbar sind. Die Erfindung schlägt vor, dem Untersetzungsgetriebe (48) und dem Kugelgewindetrieb (18) eine elastische Ausgleichskupplung (50) zwischenzuschalten, die Fluchtungsfehler und Axialverschiebungen ausgleicht. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung einen modularen Aufbau mit dem Elektromotor (36) und der Kupplungs- und Getriebeeinheit (50, 48) und dem Kugelgewindetrieb (18) als jeweils eigenständige Baugruppen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Bremse ist bekannt aus der DE 195 11 287 A1. Die bekannte Bremse weist einen Elektromotor und ein Rotations/Translations- Umsetzungsgetriebe auf, das mit dem Elektromotor rotierend antreibbar ist und das die Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung umsetzt. Die bekannte Bremse verwendet einen Rollengewindetrieb, also einen Spindeltrieb, als Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe. Es kommen allerdings grundsätzlich alle Arten von Rotations/Translations-Umsetzungsgetrieben in Betracht einschließlich beispielsweise Exzentern oder Nocken, die eine Verdrehung in eine Verschiebung umsetzen.

Des Weiteren weist die bekannte Bremse einen Reibbremsbelag auf, der zur Erzeugung einer Bremskraft mit dem Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe an einen drehbaren Bremskörper andrückbar ist. Die bekannte Bremse ist als Scheibenbremse ausgebildet, der Bremskörper ist eine Bremsscheibe.

Grundsätzlich kann die Bremse allerdings auch eine andere Bauart aufweisen, beispielsweise als Trommelbremse ausgebildet sein.

Kräfte, Momente und Verformungen, die beim Zuspannen auftreten, werden bei der bekannten Bremse über das Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe auf den Elektromotor und/oder, sofern vorhanden, auf ein zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe übertragen. Dies führt zu Fluchtungsfehlern, erhöhtem Verschleiß, erhöhter Reibung und vermindertem Wirkungsgrad. Die angesprochenen Verformungen sind beispielsweise eine elastische Aufweitung eines Bremssattels und eines angeflanschten Motor- und Getriebegehäuses der Bremse.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Bremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Kupplung auf, die dem Elektromotor und dem Rotations/Translations- Umsetzungsgetriebe zwischengeschaltet ist und die die Rotationsbewegung des Elektromotors auf das Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe überträgt. Die Kupplung ist vorzugsweise wegen des einfachen Aufbaus und der preisgünstigen Herstellung nicht schaltbar (Anspruch 2). Die Erfindung hat abhängig von der Bauart der Kupplung, eine Reihe von Vorteilen:
Durch Verwendung einer elastischen Kupplung gemäß Anspruch 3 werden Drehmomentstöße verringert, Drehschwingungen gedämpft und eine spielfreie Drehmomentübertragung gewährleistet. Als elastische Kupplungen kommen außer Kupplungen mit Federelementen vorzugsweise Elastomer-Kupplungen mit gummielastischen Dämpfungs- und Übertragungselementen in Betracht.

Durch Verwendung einer Ausgleichskupplung gemäß Anspruch 4 lassen sich Fluchtungsfehler wie Radialversatz und Winkelfehler sowie Axialverschiebungen ausgleichen. Axialverschiebungen können beispielsweise auch beim Betrieb durch Temperaturdehnungen auftreten. Eine Ausgleichskupplung hat somit den Vorteil, dass sie größere Fertigungs- und Montagetoleranzen zulässt und Verformungen beim Zuspannen der Bremse ausgleicht. Dadurch ist sichergestellt, dass das Lager und der Kraftsensor konstant symmetrisch belastet werden. Ein Verschleiß, insbesondere Lagerverschleiß, wird verringert, Wirkungsgrad und Lebensdauer der Bremse werden erhöht und eine hohe Kraftsensorsignalgüte gewährleistet. Dabei schließen Ausgleichskupplung und elastische Kupplung einander nicht aus, sie können beide in einer Kupplung verwirklicht sein. Ein Beispiel hierfür ist eine Klauenkupplung (Anspruch 5) mit zwischen den Klauen angeordneten, federnden und/oder elastischen Elementen. Eine Klauenkupplung oder auch eine sonstige Kupplungsbauform, die durch axiales Zusammenstecken zusammengesetzt wird, hat den weiteren Vorteil, dass sie einen modularen Aufbau der Bremse mit eigenständigen Baugruppen für das Getriebe und/oder den Elektromotor und/oder das Rotations/Translations- Umsetzungsgetriebe ermöglicht (Ansprüche 10, 11 und 12). Eigenständige Baugruppen vereinfachen den Zusammenbau und die Wartung der Bremse, verringern durch ein Baukastensystem die Lagerhaltungskosten indem beispielsweise ein Getriebe oder ein Elektromotor für verschiedene Bremsentypen verwendet werden. Weiterer Vorteil von Baugruppen ist deren separate Prüfbarkeit auf Funktionsfähigkeit vor dem Zusammenbau der Bremse.

Anspruch 6 sieht ein Untersetzungsgetriebe vor, das zwischen dem Elektromotor und der Kupplung angeordnet ist und das die Rotationsbewegung des Elektromotors auf die Kupplung überträgt. Durch das Untersetzungsgetriebe wird ein Drehmoment des Elektromotors zum Zuspannen der Bremse erhöht. Durch die Kupplung werden Fluchtungsfehler aufgrund von Verformungen beim Zuspannen der Bremse ausgeglichen und nicht in das Untersetzungsgetriebe eingeleitet.

Die Verwendung eines Planetengetriebes als Untersetzungsgetriebe gemäß Anspruch 7 hat den Vorteil eines kompakten Getriebeaufbaus, das platzsparend in der Bremse unterbingbar ist. Zudem ermöglicht ein Planetengetriebe eine hohe Untersetzung und damit eine große Momentenübersetzung.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die beiden Figuren zeigen eine erfindungsgemäße, elektromechanische Bremse im Achsschnitt (Fig. 1) und eine Kupplung der Bremse aus Fig. 1 in perspektivischer Explosionsdarstellung (Fig. 2).

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete, erfindungsgemäße elektromechanische Radbremse ist als Scheibenbremse ausgebildet. Sie weist einen Bremssattel 12 auf, in dem zwei Reibbremsbeläge 14 einliegen, die beiderseits einer zwischen ihnen angeordneten und drehbaren Bremsscheibe 16 angeordnet sind. Der Bremssattel 12 ist als sog. Schwimmsattel ausgebildet, d. h. er ist quer zur Bremsscheibe 16 verschieblich, so dass durch Andrücken des in der Zeichnung rechts dargestellten, beweglichen Reibbremsbelags 14 an die Bremsscheibe 16 der Bremssattel 12 in der Zeichnung nach rechts verschoben wird und dadurch den in der Zeichnung links dargestellten, feststehenden Reibbremsbelag 14 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 16 drückt. Das Andrücken der Reibbremsbeläge 14 an die Bremsscheibe 16 wird auch als Zuspannen oder Betätigen der Bremse 10 bezeichnet.
Zum Andrücken des in Fig. 1 rechts dargestellten, beweglichen Reibbremsbelags 14 an die Bremsscheibe 16 weist die Bremse 10 ein Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe auf, das im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung als Kugelgewindetrieb 18, also als spezielle Form eines Spindeltriebs, ausgebildet ist. Der Kugelgewindetrieb 18weist eine Hohlspindel 20, eine die Hohlspindel 20 konzentrisch umschließende Mutter 22 und Kugeln 24 auf, die in an sich bekannter Weise in gewindeförmig verlaufende Rillen der Hohlspindel 20 und der Mutter 22 einliegen und eine Schraubbewegung von der Hohlspindel 20 auf die Mutter 22 übertragen. Die Hohlspindel 20 ist mit einem Nadel-Axiallager 26 axial abgestützt. Durch rotierenden Antrieb der Hohlspindel 20 wird die Mutter 22 axial verschoben und drückt den beweglichen Reibbremsbelag 14 an die Bremsscheibe 16 an oder hebt den Reibbremsbelag 1-4 bei umgekehrter Drehrichtung der Hohlspindel 20 von der Bremsscheibe 16 ab.
Das Axiallager 26 stützt sich an einem rohrförmigen Halter 28 ab, der an seinem der Bremsscheibe 16 zugewandten Ende einen nach außen stehenden Bund 30 und an seinem der Bremsscheibe 16 fernen Ende einen nach innen stehenden Bund 32 aufweist. Mit seinem nach außen stehenden Bund 30 liegt der Halter 28 in einer Ringstufe des Bremssattels 12 ein und ist dadurch axial am Bremssattel 12 abgestützt. Das Axiallager 26 stützt sich an dem nach innen stehenden Bund 32 des Halters 28 ab, wobei zwischen dem Axiallager 26 und dem nach innen stehenden Bund 32 ein ringförmiger Kraftsensor 34 angeordnet ist. Mit dem Kraftsensor 34 ist eine Andruckkraft des Reibbremsbelags 14 an die Bremsscheibe 16 messbar. Die Mutter 22 des Kugelgewindetriebs 18 liegt verschiebbar in dem rohrförmigen Halter 28 ein. Der in dem Halter 18 einliegende Kugelgewindetrieb 18 bildet eine eigenständige, vormontierbare Baugruppe.
Der Kugelgewindetrieb 18 ist von einem Elektromotor 36 umschlossen, der als Hohlwellenmotor ausgebildet ist. Der Elektromotor 36 ist koaxial zum Kugelgewindetrieb 18 angeordnet. Der Elektromotor 36 weist ein rohrförmiges Motorgehäuse 38 auf, das an den Bremssattel 12 angeflanscht ist. Der Elektromotor 36 weist eine rohrförmige Hohlwelle 40 auf, die den Halter 28 und den Kugelgewindetrieb 18 koaxial umschließt. Die Hohlwelle 40 ist mit Kugellagern 42 drehbar im Motorgehäuse 38 gelagert. Der Elektromotor 36 ist ein elektronisch kommutierter Motor, dessen Stator im Motorgehäuse 38feststehend angebrachte Wicklungen 44 mit Blechpaketen 46 aufweist. Der an den Bremssattel 12 angeflanschte Elektromotor 36 bildet eine eigenständige und separat prüfbare Baugruppe.
Zur Übertragung einer Rotationsbewegung von der Hohlwelle 40 des Elektromotors 36 auf die Hohlspindel 20 des Kugelgewindetriebs 18 weist die Bremse 10 ein Planetengetriebe 48 und eine elastische Ausgleichskupplung 50 auf. Das Planetengetriebe 48 und die Kupplung 50 sind in einem napfförmigen Deckel 52 untergebracht, der an einer dem Bremssattel 12 abgewandten Seite auf das Motorgehäuse 38 aufgesetzt ist und dieses verschließt. Der Deckel 52 bildet ein Getriebe- und Kupplungsgehäuse. Auf diese Weise sind auch das Planetengetriebe 48 und die Kupplung 50 zu einer eigenständigen Baugruppe zusammengefasst.
Ein Sonnenrad 53 des Planetengetriebes 48 ist als Hohlrad ausgebildet, es weist einen verzahnungsfreien Axialabschnitt auf, mit dem es in einen nach innen stehenden Flansch der Hohlwelle 40 des Elektromotors 36 auf einer der Bremsscheibe 16 fernen Seite drehfest eingepresst ist. Mit dem Sonnenrad 53 kämen Planetenräder 54, die ihrerseits mit einem ein Hohlrad 56 des Planetengetriebes 48 bildenden Innenzahnring kämen. Das Hohlrad 56 ist drehfest in eine Ringstufe des Deckels 52 eingepresst.
Die in Fig. 2 separat in Explosionsdarstellung gezeigte Kupplung 50 ist als Klauenkupplung ausgebildet. Sie weist zwei zueinander parallele und mit Abstand voneinander angeordnete, lochscheibenförmige Klauenringe 58, 60 auf, von deren einander zugewandten Stirnflächen Klauen 62, 64 abstehen, die zwischen einander greifen. Zwischen den beiden Klauenringen 58, 60 ist ein gummielastisches Dämpferelement 66 angeordnet, dessen Form und Aussehen an ein Zahnrad erinnert. Radial nach außen stehende Zähne 68 des Dämpferelements 66 liegen zwischen Flanken der Klauen 62, 64 der Klauenringe 58, 60 ein. Flanken der Zähne 68 des Dämpferelements 66 sind evolventenförmig, an den Flanken der Zähne 68 des Dämpferelements 66 anliegende Flanken der Klauen 62, 64 sind dazu komplementär geformt. Die Kupplung 50 ist eine elastische Ausgleichskupplung, die Drehmomentstöße verringert und Drehschwingungen dämpft und die Fluchtungsfehler (Winkelfehler, Radialversatz) und Axialverschiebungen ausgleicht. Durch die Anordnung des Kraftsensors 34 unmittelbar am Axiallager 26 des Kugelgewindetriebs 18 und den Ausgleich von Winkelfluchtungsfehlern mit der Kupplung 50 wird eine hohe Signalgüte des Kraftsensors 34 erreicht.
Der in der Zeichnung links dargestellte Klauenring 58 ist mit einem Kugellager 70 in einer Ringstufe des Deckels 52 drehbar gelagert. Ein Innenring des Kugellagers 70 ist auf den Klauenring 58 auf- und ein Außenring des Kugellagers 70 in die Ringstufe des Deckels 52 eingepresst.
Der in der Zeichnung links dargestellte Klauenring 58 der Kupplung 50 bildet einen Planetenträger für die Planetenräder 54 des Planetengetriebes 48: Im Klauenring 58 sind vier Löcher angebracht, in die einen Kopf aufweisende Zylinderstifte 72 eingepresst sind, auf denen die Planetenräder 54 drehbar gelagert sind.
Über ein Vielzahnprofil 74 ist eine Hohlwelle 76 drehfest in den in der Zeichnung rechten Klauenring 60 eingesetzt und mit einer Schraube 78 gesichert. Die Hohlwelle 76 durchgreift das Dämpferelement 66, den anderen Klauenring 58, das Sonnenrad 53 und den Kraftsensor 34 berührungslos, die Hohlwelle 76 ist gegenüber diesen Teilen frei drehbar. Ein der Kupplung 50 fernes Ende der Hohlwelle 76 ist drehfest in die Hohlspindel 20 des Kugelgewindetriebs 18 eingepresst und durch einen Bördel 80 gesichert.
Zum Zuspannen der Bremse 10 wird deren Elektromotor 36 bestromt und dadurch seine Hohlwelle 40 rotierend angetrieben. Das mit der Hohlwelle 40 drehfeste Sonnenrad 53 des Planetengetriebes 48 rotiert mit der Hohlwelle 40mit und treibt die Planetenräder 54 in an sich bekannter Weise zu einer Umlaufbewegung an. Über die Zylinderstifte 72 versetzen die Planetenräder 54 den in der Zeichnung links dargestellten, den Planetenträger bildende Klauenring 58 in Rotation. Über das Dämpferelement 66 wird die Rotationsbewegung auf den anderen Klauenring 60 übertragen, der über die Hohlwelle 76, die über das Vielzahnprofil 74 mit ihr drehfest ist, die Hohlspindel 20 des Kugelgewindetriebs 18 in Rotation versetzt. Die Rotation der Hohlspindel 20 bewirkt eine Axialverschiebung der Mutter 22, die den beweglichen Reibbremsbelag 14 an die Bremsscheibe 16 drückt. Zum Lösen wird der Elektromotor 36 im Sinne einer umgekehrten Drehrichtung bestromt.
Zum Abnehmen der das Planetengetriebe 48 und die Kupplung 50 umfassenden Baugruppe wird die Schraube 78, die die Hohlwelle 76 im Klauenring 60 sichert, entfernt, wonach die Klauenkupplung 50 von der Hohlwelle 76 abgezogen und folglich der das Getriebe- und Kupplungsgehäuse bildende Deckel 52 mit dem in ihm einliegenden Planetengetriebe 48 und der Kupplung 50 abgenommen werden kann.

Claims

1. Elektromechanische Bremse, mit einem Elektromotor, mit einem Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe, das mit dem Elektromotor rotierend antreibbar ist und das eine Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung umsetzt, und mit einem Reibbremsbelag, der mit dem Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe an einen drehbaren Bremskörper andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (10) eine Kupplung (50) aufweist, die dem Elektromotor (36) und dem Rotations/Translations- Umsetzungsgetriebe (18) zwischengeschaltet ist und die eine Rotationsbewegung des Elektromotors (36) auf das Rotations/Translations- Umsetzungsgetriebe (18) überträgt.

2. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (50) nicht schaltbar ist.

3. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (50) elastisch ist.

4. Elektromechanische Bremse dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (50) eine Ausgleichskupplung ist.

5. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (50) eine Klauenkupplung ist.

6. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (10) ein Untersetzungsgetriebe (48) aufweist, das dem Elektromotor (36) und der Kupplung (50) zwischengeschaltet ist.

7. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe (48) ist.

8. Elektromechanische Bremse, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe (18) einen Spindeltrieb aufweist.

9. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb als Kugelgewindetrieb (18) ausgebildet ist.

10. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (48) mit der Kupplung (50) eine eigenständige Baugruppe bildet.

11. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (36) eine eigenständige Baugruppe bildet.

12. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe (18) eine eigenständige Baugruppe bildet.